DE19914984A1

DE19914984A1 - Equipment for determining the position of machining focus relative to surface of workpiece to be machined using laser beam

Info

Publication number: DE19914984A1
Application number: DE19914984A
Authority: DE
Inventors: Martin Rocktaeschel
Original assignee: Precitec GmbH and Co KG
Current assignee: Precitec KG
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: DE19914984B4

Abstract

The machining beam (11) from the laser (10) is focussed by an optical system (13) on a point (21) on the surface (22) of the workpiece. Spanning the optical axis OA are a relatively coarse decoupling grid and a phase hologram with extremely fine and complex structure. The hologram reflects a measurement beam (23) back to a position resolving receiver (25) for evaluation of the relative position of machining focus point to thee measurement beam focus point (24)

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Ar beitsfokus relativ zu einer Oberfläche, insbesondere relativ zur Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks in einer Laserbearbeitungsanlage, so wie eine Vorrichtung zum Regeln der Fokuslage unter Verwendung des von der Vorrichtung zum Feststellen der Lage des Arbeitsfokus gelieferten Ausgangssignals.The invention relates to a device for determining the position of an ar beitsfocus relative to a surface, in particular relative to the surface of a workpiece to be machined in a laser processing system, so like a device for regulating the focus position using the of the device for determining the position of the work focus Output signal.

Überall dort, wo ein Arbeitslichtstrahl auf eine zu bearbeitende Oberfläche oder auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks fokussiert werden muß, ist es erforderlich, den Abstand zwischen einer Fokussierop tik, und der Oberfläche, auf die der Arbeitslichtstrahl fokussiert werden soll, zu kennen und zu überwachen, um stets durch Einstellen und Regeln des Abstands die einwandfreie Fokussierung des Arbeitslichtstrahls si cherzustellen. Unter Fokussierung ist hier nicht nur die Abbildung einer optisch im Unendlichen angeordneten Arbeitslichtquelle in den Brenn punkt der Fokussieroptik zu verstehen, sondern jede Abbildung einer Ar beitslichtquelle in einen vorzugsweise punktförmigen Bildpunkt auf einer Oberfläche.Wherever there is a working light beam on a surface to be processed or focused on the surface of a workpiece to be machined must be, it is necessary to determine the distance between a focusing op tic, and the surface on which the working light beam is focused should, to know and to monitor, always by setting and regulating the correct focussing of the working light beam to create. Focusing here is not just about mapping one Working light source optically arranged in infinity in the focal point to understand the point of focus optics, but each image of an ar working light source into a preferably punctiform pixel on a Surface.

Bei Laserbearbeitungsanlagen, in denen Werkstücke, insbesondere lei tende Bleche mittels Laserstrahlung geschweißt oder geschnitten werden, ist es bekannt, den Abstand eines Laserbearbeitungskopfes, in dem die Fo kussieroptik angeordnet ist, von der Werkstückoberfläche auf kapaziti vem Wege zu erfassen, in dem die Kapazität eines von einer dem Werkstück gegenüberliegenden Meßelektrode und dem Werkstück gebildeten Meß kondensators erfaßt wird. Aus der Größe der Meßkapazität oder unmittel bar aus einem der Größe der Meßkapazität entsprechenden Signal kann dann mittels geeigneter Kalibrierungskurven der Abstand zwischen Werk stück und Laserbearbeitungskopf festgestellt und geregelt werden.In laser processing systems in which workpieces, in particular lei metal sheets are welded or cut using laser radiation, it is known to determine the distance of a laser machining head in which the Fo kissing optics is arranged from the workpiece surface to kapaziti vem ways to grasp the capacity of one of the workpiece opposite measuring electrode and the workpiece formed measuring capacitor is detected. From the size of the measuring capacity or immediately bar from a signal corresponding to the size of the measuring capacity then the distance between the factory using suitable calibration curves piece and laser processing head can be determined and regulated.

Diese sogenannte kapazitive Abstandsregelung bei Laserbearbeitungsan lagen hat sich weitgehend bewährt und arbeitet zuverlässig. Problema tisch ist dabei jedoch, daß sich bei Schneid- und Schweißvorgängen mit tels Laserstrahlung ein Plasma zwischen der Sensorelektrode und dem Werkstück bildet, dessen elektrische Eigenschaften oft nicht konstant sind und das somit die Kapazitätsmeßung verfälschen kann, wenn keine geeigneten Gegenmaßnahmen vorgesehen werden.This so-called capacitive distance control in laser processing applications location has largely proven itself and works reliably. Problema is table, however, that with cutting and welding operations with a laser between the sensor electrode and the plasma Workpiece forms, the electrical properties of which are often not constant and can therefore falsify the capacity measurement if none appropriate countermeasures are provided.

In der Doktorarbeit von C. Hembd-Söllner, "Strahldiagnostik von CO₂- Hochleistungslasern mit diffraktiver Optik", Fakultät für Konstruktions- und Fertigungstechnik der Universität Stuttgart, 1997, wurde bereits ein Autofokussystem für einen CO₂-Hochleistungslaser vorgeschlagen, bei dem mit einem ersten groben Gitter (Gitterkonstate etwa 0,5 mm bei einer Wellenlänge λ ≈ 10,6 µm) Diagnoselichtstrahl aus einem einem Ar beitslichtstrahl entsprechenden Hauptversuchslichtstrahl eines CO₂-La sers ausgekoppelt wird, um neben einem Bearbeitungsfokus ent sprechenden Hauptfokus einen Diagnosefokus in einer Werkstück oberfläche entsprechenden Blendenebene zu erzeugen. Der an der Blende reflektierte Diagnoselichtstrahl läuft dann durch die Abbildungselemente des Strahlengangs zurück und wird mit Hilfe eines zweiten feineren Gitters (Gitterkonstante ungefähr 50 µm) aus dem Hembtstrahlengang heraus ge beugt. Zur Überwachung der Fokuslage relativ zur Blende wird dabei die erste Ordnung des reflektierten Lichts benutzt, wobei ein astigmatisches Fokussierverfahren mit einem Quadrantendetektor eingesetzt wird.In the doctoral thesis by C. Hembd-Söllner, "Beam Diagnostics of CO ₂ - High-Power Lasers with Diffractive Optics", Faculty of Design and Manufacturing Technology at the University of Stuttgart, 1997, an autofocus system for a CO ₂ high-power laser was proposed first coarse grating (grating constants about 0.5 mm at a wavelength λ ≈ 10.6 µm), diagnostic light beam is coupled out of a main test light beam of a CO ₂ laser corresponding to a working light beam, in order to have a main focus corresponding to a machining focus and a diagnostic focus in a workpiece surface to generate the corresponding aperture level. The diagnostic light beam reflected at the diaphragm then runs back through the imaging elements of the beam path and is bent out of the Hembt beam path using a second finer grating (grating constant approximately 50 μm). The first order of the reflected light is used to monitor the focus position relative to the aperture, an astigmatic focusing method with a quadrant detector being used.

Ein anderes Autofokussystem zur Feststellung der Lage eines Arbeitsfo kus relativ zu einer Oberfläche ist bei Kompaktdisk-(CD)-Spielern be kannt (Principles of Degital Audio, K. L. Polman, Harward W. SAMS & COMPANY Audio Library, Seiten 337 bis 339). Bei diesem bekannten Auto fokussystem wird der an der Oberfläche der CD reflektierte Arbeitslicht strahl unter Verwendung einer zusätzlichen Zylinderlinse astigmatisch auf eine Vier-Quadranten-Photodiode, also auf eine Photodiode abgebil det, die vier den Quadranten eines kartesischen Koordinatensystems ent sprechend angeordnete, separate Empfangsbereiche aufweist. Das Ge samtsignal der vier Quadranten-Photodiode ist dabei das Arbeitssignal für den Abspielvorgang, während zur Erfassung der Fokuslage die Einzel signale einander diagonal gegenüberliegender Dioden addiert und an schließend aus diesen Summen die Differenz gebildet wird, die dann je nach Größe und Vorzeichen die Größe bzw. die Richtung der Abweichung des Fokus von der Plattenoberfläche beschreibt.Another autofocus system to determine the location of a job kus relative to a surface is in compact disc (CD) players knows (Principles of Degital Audio, K.L. Polman, Harward W. SAMS & COMPANY Audio Library, pages 337 to 339). With this well-known car The focus system is the work light reflected on the surface of the CD beam astigmatic using an additional cylindrical lens on a four-quadrant photodiode, that is, on a photodiode det, the four ent the quadrants of a Cartesian coordinate system has appropriately arranged, separate reception areas. The Ge The total signal of the four quadrant photodiode is the working signal for the playback process, while the individual to capture the focus position signals diagonally opposite diodes added and on concluding from these sums the difference is formed, which then according to size and sign, the size or direction of the deviation the focus from the plate surface describes.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung der Eingangs genannten Art bereitzustellen, die es insbeson dere ermöglicht, die Fokuslage eines Bearbeitungsstrahlengangs relativ zu einer Oberfläche zuverlässig zu überwachen, ohne daß der Arbeits strahl wesentlich beeinträchtigt wird.Proceeding from this, the object of the invention is another To provide device of the type mentioned, which it in particular which enables the focus position of a machining beam path to be relative to reliably monitor a surface without the work beam is significantly affected.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteil hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen be schrieben. Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Erfindung ist im Anspruch 13 angegeben.This object is achieved by the device according to claim 1. Advantage adhesive embodiments of the invention are in the dependent claims wrote. A particularly advantageous use of the invention is in Claim 13 specified.

Erfindungsgemäß ist also bei einer Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Arbeitsfokus relativ zu einer Oberfläche, bei der im Arbeitsstrahlen gang ein Beugungselement zum Auskoppeln zumindest eines Meßlicht strahls aus einem Arbeitslichtstrahl angeordnet ist, ein zweites Beu gungselement vorgesehen, das den reflektierten Meßlichtstrahl in einen Empfangsbereich einer ortsauflösenden, strahlungsempfindlichen Emp fängeranordnung fokussiert, um die Intensitätsverteilung des Meßlicht strahls im Empfangsbereich zu erfassen.According to the invention is in a device for determining the position a work focus relative to a surface where the work blast gang a diffraction element for decoupling at least one measuring light arranged from a working light beam, a second Beu supply element provided that the reflected measuring light beam into one Reception area of a spatially resolving, radiation-sensitive emp catcher arrangement focused to the intensity distribution of the measuring light beam in the reception area.

Zweckmäßigerweise ist das zweite Beugungselement ein Hologramm, vor zugsweise ein Phasenhologramm, wobei das Hologramm sowohl als Aus koppelgitter als auch als Abbildungselement wirkt, um den reflektierten Meßlichtstrahl sowohl aus dem Arbeitsstrahlengang herauszubeugen, als auch entsprechend den für die Meßcharakteristik nötigen optischen Ab bildungseigenschaften auf die strahlungsempfindliche Empfängeranord nung zu fokussieren.The second diffraction element is expediently a hologram preferably a phase hologram, the hologram being both off coupling grid as well as an imaging element acts to the reflected To prevent measuring light beam from the working beam path as well also in accordance with the optical characteristics required for the measurement characteristic educational properties on the radiation sensitive receiver arrangement focus.

Erfindungsgemäß lassen sich auf diese Weise sämtliche optischen Ele mente zur Führung und Fokussierung des reflektierten Meßlichtstrahls in einem einzigen optischen Element zusammenfassen, das nicht nur den re flektierten Meßlichtstrahl aus dem Hauptstrahlengang auskoppelt, son dern auch mit den für die Meßcharakteristik notwendigen optischen Ei genschaften abbildet. Auf diese Weise läßt sich eine definierte Meßcharak teristik erreichen, ohne daß weitere optische Elemente erforderlich sind.According to the invention, all optical ele elements for guiding and focusing the reflected measuring light beam in summarize a single optical element that not only the right decouples the reflected measuring light beam from the main beam path, son also with the optical egg necessary for the measurement characteristic properties. In this way, a defined measurement character can be obtained achieve teristik without the need for additional optical elements.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß der reflektierte Meßlichtstrahl astigmatisch auf die strahlungs empfindliche Empfängeranordnung fokussiert wird. Durch die Verwen dung einer astigmatischen Abbildung läßt sich aus der Form und relativen Drehlage des Lichtflecks auf dem Empfangsbereich nicht nur ein Maß für die Größe des Abstandes des Arbeitsfokus von der Oberfläche erhalten, sondern gleichzeitig auch feststellen, ob die tatsächliche Fokuslage von der Lichtquelle ausgesehen vor oder hinter der Oberfläche liegt.In a particularly preferred development of the invention, it is provided hen that the reflected measuring light beam astigmatic on the radiation sensitive receiver arrangement is focused. By use The formation of an astigmatic image can be determined from the form and relative Rotation of the light spot on the reception area is not just a measure of get the size of the working focus distance from the surface, but at the same time also determine whether the actual focus position of the light source is in front of or behind the surface.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist, als Beugungselemente entsprechen de Transmissionsgitter einzusetzen, zeichnet sich eine zweckmäßige Wei terbildung der Erfindung dadurch aus, daß sowohl das erste als auch das zweite Beugungselement auf einem Spiegel im Arbeitsstrahlengang ange ordnet sind, wobei vorzugsweise beide Beugungselemente auf demselben Spiegel im Arbeitsstrahlengang angeordnet sind.Although it is basically possible to match diffraction elements de To use transmission grids is a convenient Wei terbildung the invention characterized in that both the first and that second diffraction element on a mirror in the working beam path are arranged, preferably both diffraction elements on the same Mirrors are arranged in the working beam path.

Besonders einfach lassen sich die Beugungselemente ausbilden, wenn das erste Beugungselement in einem neben der optischen Achse liegenden Be reich des Arbeitsstrahlengangs vorgesehen ist, während das zweite Beu gungselement dem ersten Beugungselement bezüglich der optischen Ach se des Arbeitsstrahlengangs diametral gegenüberliegt. Auf diese Weise lassen sich nebeneinanderliegende Teilbereiche der Pupille für den hin- bzw. den rücklaufenden Meßlichtstrahl nutzen.The diffraction elements can be formed particularly easily if that first diffraction element in a Be lying next to the optical axis range of the working beam path is provided, while the second Beu the first diffraction element with respect to the optical axis se of the working beam path is diametrically opposite. In this way partial areas of the pupil lying next to each other can be or use the returning measuring light beam.

Es ist jedoch auch möglich, daß das erste und das zweite Beugungsele ment sich überlagernd angeordnet sind und sich im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Arbeitsstrahlengangs erstrecken. Hierbei läßt sich ein Meßlichtstrahl aus dem Arbeitslichtstrahl auskoppeln, der nicht nur eine für Meßzwecke genügend hohe Intensität aufweist, sondern der auch im wesentlichen den gleichen Querschnitt besitzt, wie der Arbeits lichtstrahl, so daß er die optischen Elemente in gleicher Weise wie dieser durchläuft.However, it is also possible that the first and second diffraction elements are arranged overlapping and essentially over the extend the entire cross section of the working beam path. Here leaves a measuring light beam decouple from the working light beam, which is not only has a sufficiently high intensity for measurement purposes, but the also has essentially the same cross-section as the work beam of light so that it has the optical elements in the same way as this goes through.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Meßlichtstrahl oder -strahlen, der in die +1. und/oder -1. Beugungsord nung gebeugte Anteil des Arbeitslichtstrahls verwendet wird. Die Verwen dung der ±1. Beugungsordnung stellt nicht nur eine genügend hohe Inten sität des Meßlichtstrahls sicher, sondern führt auch dazu, daß der Meß- oder Diagnosefokus relativ dicht neben dem Arbeitsfokus liegt, so daß ein erseits eine zuverlässige Überwachung der Fokuslage möglich ist und an dererseits den Arbeitslichtstrahl im Austrittsbereich umgebende Düsen- und/oder Abschirmelemente den Meßlichtstrahl nicht behindern.In another development of the invention it is provided that as Measuring light beam or beams, which in the +1. and / or -1. Diffraction order diffracted portion of the working light beam is used. The use of the ± 1. Diffraction order does not only represent a sufficiently high intensity of the measuring light beam, but also leads to the measuring or diagnostic focus is relatively close to the work focus, so that a reliable monitoring of the focus position is possible and on on the other hand, nozzles surrounding the working light beam in the outlet area and / or shielding elements do not hinder the measuring light beam.

Obwohl es grundsätzlich denkbar ist, daß als ortsauflösende, strahlungs empfindliche Empfängeranordnung ein 1-dimensionaler Empfänger, z. B. eine Photodiodenzeile vorgesehen wird, ist bei einer besonders vorteilhaf ten Ausgestaltung der Erfindung eine 2-dimensionale ortsauflösende, strahlungsempfindliche Empfängeranordnung vorgesehen. Hierdurch läßt sich insbesondere bei der Verwendung astigmatischer Abbildungsei genschaften die Größe und relative Ausrichtung des Meßlichtflecks auf dem Empfänger besonders zuverlässig ermitteln, um daraus Richtung und Größe der Abweichung der Fokuslage von der Sollage festzustellen.Although it is basically conceivable that as a spatially resolving, radiation sensitive receiver arrangement a 1-dimensional receiver, e.g. B. a photodiode row is provided, is particularly advantageous in one th embodiment of the invention a two-dimensional spatially resolving, radiation-sensitive receiver arrangement provided. Hereby can be used especially when using astigmatic imaging egg properties of the size and relative orientation of the measuring light spot determine the receiver particularly reliably in order to determine direction and Determine the size of the deviation of the focus position from the target position.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn als Empfängeranordnung ein Qua drantenempfänger mit vier Empfangsbereichen vorgesehen ist, die im we sentlich einen quadratförmigen Empfangsbereich festlegen.It is particularly useful if a Qua drantenempfänger with four reception areas is provided, which in the we considerably define a square-shaped reception area.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese hen, daß als Arbeitslicht IR-Strahlung, insbesondere IR-Laserstrahlung, vorzugsweise die langwellige IR-Laserstrahlung eines CO₂-Lasers verwen det wird, und daß die strahlungsempfindliche Empfängeranordnung eine thermoelektrische Wandleranordnung, vorzugsweise eine Thermosäulen anordnung ist. In a particularly preferred embodiment of the invention it is hen that the working light is IR radiation, in particular IR laser radiation, preferably the long-wave IR laser radiation of a CO ₂ laser is used, and that the radiation-sensitive receiver arrangement is a thermoelectric converter arrangement, preferably a thermopile arrangement is.

Besonders zweckmäßig läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Arbeitsfokus relativ zu einer Oberfläche in einer Vorrichtung verwenden, die Fokuslage stets so regelt, daß der Arbeits fokus auf der Oberfläche oder in einem definierten Abstand dazu liegt. Hierzu wird zweckmäßiger Weise das Ausgangssignal der ortsauflösen den, strahlungsempfindlichen Empfängeranordnung an eine Auswerte schaltung geliefert, die daraus ein der Abweichung einer Ist-Fokuslage von der Soll-Fokuslage entsprechendes Signal ermittelt, das einer Nach führeinrichtung zugeführt wird, die in Abhängigkeit von diesem Signal die Fokuslage nachstellt.The device according to the invention for Determine the location of a work focus relative to a surface in a Use the device that always regulates the focus position so that the work focus on the surface or at a defined distance from it. For this purpose, the output signal of the spatially resolved is expediently the radiation-sensitive receiver arrangement to an evaluation circuit delivered, which results from the deviation of an actual focus position from the target focus position corresponding signal determined that a night guide device is supplied, which in dependence on this signal Focus position adjusts.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist, einen die Fokussieroptik tragenden Bearbeitungskopf relativ zum Werkstück zu verschieben, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Nachführeinrichtung einen im Arbeitsstrahlengang angeordneten adaptiven Spiegel umfaßt, dessen Abbildungseigenschaften in Abhängigkeit von dem der Abweichung der Ist-Fokuslage von der Soll- Fokuslage entsprechenden Signal einstellbar sind, um dem von der Fokus sieroptik kommenden oder zu ihr laufenden Lichtstrahl entsprechend der gewünschten Änderung der Fokuslage eine zusätzliche Divergenz oder Konvergenz aufzuprägen. Hierdurch läßt sich eine besonders empfindli che nahezu verzögerungsfreie Nachregelung der Fokuslage erreichen. Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Nachführeinrichtung eine Stellvorrichtung für die Fokussieroptik um faßt, die die Lage der Fokussieroptik in Abhängigkeit von dem der Abwei chung der Ist-Fokuslage von der Soll-Fokuslage entsprechenden Signal einstellt.Although it is fundamentally possible to use the focusing optics It is special to move the machining head relative to the workpiece advantageous if the tracking device in the working beam path arranged adaptive mirror includes, its imaging properties depending on the deviation of the actual focus position from the target Focus position corresponding signal can be adjusted to match the focus optics coming or running towards it according to the desired change in the focus position an additional divergence or To impress convergence. This makes it particularly sensitive achieve almost instantaneous readjustment of the focus position. In another embodiment of the invention it is provided that the Tracking device an adjusting device for the focusing optics summarizes the position of the focusing optics depending on that of the deviation the actual focus position from the signal corresponding to the target focus position sets.

Die Erfindung wird im folgenden Beispielsweise anhand der Zeichnung nä her erläutert. In dieser zeigt:The invention is in the following, for example, with reference to the drawing ago explained. In this shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Arbeitsstrahlengangs und des diesem zugeordneten Meßlichtstrahlengangs, Fig. 1 is a schematic representation of a working beam path and associated therewith Meßlichtstrahlengangs,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines die Beugungselemente tragenden Spiegels, Fig. 2 is a plan view of carrying on the surface of the diffraction elements mirror,

Fig. 3a eine schematische Draufsicht auf eine ortsauflösende, strah lungsempfindliche Empfängeranordnung, Fig. 3a shows a schematic plan view of a spatially resolving, radia tion sensitive receiver arrangement,

Fig. 3b eine schematische Seitenansicht nach Linie B-B in Fig. 3a, FIG. 3b is a schematic side view taken along line BB in Fig. 3a,

Fig. 4a bis 4c verschiedene Darstellungen des Meßlichtflecks auf der Empfangsfläche der Empfängeranordnung nach Fig. 3a und 3b, und FIGS. 4a to 4c show various representations of the Meßlichtflecks on the receiving surface of the receiver assembly of Fig. 3a and 3b, and

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine andere ortsauflösende, strahlungsemp findliche Empfängeranordnung. Fig. 5 is a plan view of another spatially resolving, radiation sensitive receiver arrangement.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the different figures of the drawing are corresponding to each other Provide components with the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt als Beispiel für einen Arbeitsstrahlengang, bei dem ein Ar beitslichtstrahl auf eine Oberfläche fokussiert wird, den Bearbeitungs strahlengang einer Laserbearbeitungsmaschine, bei der ein von einem La ser 10, z. B. einem CO₂-Hochleistungslaser, erzeugter Bearbeitungslaser lichtstrahl über verschiedene Strahlführungselemente, von denen nur ei nes schematisch als Umlenkspiegel 12 dargestellt ist, zu einer Fokussier optik 13 in einem nicht dargestellten Laserbearbeitungskopf geführt wird. Zwischen dem Umlenkspiegel 12 und der Fokussieroptik 13 ist in festem Abstand zur Fokussieroptik 13 im Laserbearbeitungskopf ein weiterer Umlenkspiegel 14 angeordnet, auf dessen Spiegeloberfläche ein erstes und ein zweites Beugungselement in einem ersten bzw. einem zweiten Oberflächenbereich 16 bzw. 17, also in einem ersten und einem zweiten Teilbereich einer Pupille des Strahlengangs angeordnet ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Das im Oberflächenbereich 16 angeordnete Beugungselement 18 ist ein relativ grobes Auskoppelgitter 18, das beispielsweise bei einer Laserwellenlänge von etwa 10 µm einen Gitterabstand von 0,5 mm auf weist. Als zweites Beugungselement 18' ist in dem Oberflächenbereich 17 ein Hologramm, insbesondere ein Phasenhologramm vorgesehen, dessen äußerst feine und komplexe Struktur nur rein schematisch angedeutet ist. Die beiden Beugungselemente 18, 18 liegen dabei zu beiden Seiten der op tischen Achse O. A. Fig. 1 shows an example of a working beam path in which an Ar beitslichtstrahl is focused on a surface, the processing beam path of a laser processing machine, in which one of a laser 10 , z. B. a CO ₂ high power laser, generated processing laser light beam via various beam guiding elements, of which only egg nes is shown schematically as a deflection mirror 12 , is guided to a focusing optics 13 in a laser processing head, not shown. Between the deflecting mirror 12 and the focusing optics 13 , a further deflecting mirror 14 is arranged at a fixed distance from the focusing optics 13 in the laser processing head, on the mirror surface of which a first and a second diffraction element in a first and a second surface area 16 and 17 , i.e. in a first and a second partial region of a pupil of the beam path is arranged, as shown in FIG. 2. The arranged in the surface region 16 the diffraction element 18 is a relatively coarse output coupling grating 18, microns, for example, at a laser wavelength of approximately 10 a lattice spacing of 0.5 mm has. A hologram, in particular a phase hologram, is provided as the second diffraction element 18 'in the surface region 17 , the extremely fine and complex structure of which is only indicated schematically. The two diffraction elements 18 , 18 lie on both sides of the optical axis OA

Die Fokussieroptik 13 weist als weiteren Umlenkspiegel einen adaptiven Spiegel 19 und einen Abbildungsspiegel 20 aus, der den ankommenden Bearbeitungslaserstrahl 11 in einen Bildpunkt 21 auf einer Werkstücko berfläche 22 fokussiert. Der Bildpunkt des Bearbeitungslaserstrahls 11 wird im folgenden als Arbeitsfokus 21 bezeichnet.The focusing optics 13 has, as a further deflection mirror, an adaptive mirror 19 and an imaging mirror 20 , which focuses the incoming processing laser beam 11 into a pixel 21 on a workpiece surface 22 . The image point of the processing laser beam 11 is referred to below as the working focus 21 .

Das erste Beugungselement, also das Auskoppelgitter 18 koppelt aus dem Bearbeitungslaserstrahl 11, der hinter dem Umlenkspiegel 14, also hinter dem Auskoppelgitter 18 die 0. Beugungsordnung darstellt, einen Diagno se- oder Meßlichtstrahl 23 aus, der von Laserslicht der +1. oder -1. Beu gungsordnung gebildet wird. Es ist auch möglich, sowohl die +1. als auch die -1. Beugungsordnung als Diagnose- oder Meßlichtstrahl 23 zu verwen den. Zur Vereinfachung der Darstellung der Beschreibung wird jedoch nur ein einzelner Meßlichtstrahl 23 gezeigt und erläutert.The first diffraction element, ie the decoupling grating 18 couples from the processing laser beam 11 , which represents the 0th diffraction order behind the deflecting mirror 14 , that is to say behind the decoupling grating 18 , a diagnostic or measuring light beam 23 which is +1 from laser light. or -1. Diffraction order is formed. It is also possible to +1 both. as well as the -1. Diffraction order to use the diagnostic or measuring light beam 23 . To simplify the presentation of the description, however, only a single measuring light beam 23 is shown and explained.

Der Meßlichtstrahl 23 durchläuft denselben Arbeitsstrahlengang wie der Bearbeitungslaserstrahl 11 und wird in einen Bildpunkt 24 neben dem Ar beitsfokus 21 auf die Werkstückoberfläche 22 fokussiert. Der Bildpunkt des Meßlichtstrahls 23 wird im folgenden als Meßfokus 24 bezeichnet.The measuring light beam 23 passes through the same working beam path as the processing laser beam 11 and is focused on the workpiece surface 22 in a pixel 24 next to the working focus 21 . The pixel of the measuring light beam 23 is referred to below as the measuring focus 24 .

Bei der Verwendung beider erster Beugungsordnungen wäre ein zweiter Meßfokus auf der Werkstückoberfläche 22 vorhanden, der dem dargestell ten Meßfokus 24 bezüglich des Arbeitsfokus 21 diametral gegenüberliegen würde.If both first diffraction orders were used, a second measurement focus would be present on the workpiece surface 22 , which would be diametrically opposite the measurement focus 24 shown with respect to the work focus 21 .

Der an der Werkstückoberfläche 22 neben dem Arbeitsfokus 21 im Meßfo kus 24 zurückreflektierte Meßlichtstrahl 23' durchläuft den Arbeitsstrah lengang zurück zum Umlenkspiegel 14, auf dem im Oberflächenbereich 17 als zweites Beugungselement ein Hologramm, vorzugsweise ein Phasenho logramm 18' aufgebracht ist, das den zurückreflektierten Meßlichtstrahl 23' aus dem Arbeitsstrahlengang herausbeugt und auf eine ortsauflösen de, strahlungsempfindliche Empfängeranordnung 25 fokussiert.The reflected on the workpiece surface 22 next to the working focus 21 in the Meßfo kus 24 measuring light beam 23 'passes through the Arbeitsstrahl lengang back to the deflecting mirror 14 , on which in the surface area 17 a hologram, preferably a phase hologram 18 ' is applied, which reflects the back-reflected measuring light beam 23 'bent out of the working beam path and focused on a spatially resolving, radiation-sensitive receiver arrangement 25 .

Das Phasenhologramm 18' auf dem Umlenkspiegel 14 beugt also den zu rückreflektierten Meßlichtstrahl 23' aus dem Arbeitsstrahlengang und fo kussiert ihn auf den Empfänger 25. Dabei moduliert das Phasenholo gramm 18' einen definierten astigmatischen Wellenfrontanteil auf den Meßlichtstrahl 23', um die gewünschte Meßcharakteristik zu erhalten.The phase hologram 18 'on the deflection mirror 14 thus bends the measuring light beam 23 ' to be reflected back from the working beam path and foams it on the receiver 25 . The phase hologram 18 'modulates a defined astigmatic wavefront component on the measuring light beam 23 ' in order to obtain the desired measuring characteristic.

Die Empfängeranordnung 25 erzeugt, ein Ausgangssignal oder Ausgangs signale, die einer Auswerteschaltung 26 zugeführt werden.The receiver arrangement 25 generates an output signal or output signals which are fed to an evaluation circuit 26 .

Wie in Fig. 3a und 3b gezeigt, weist die ortsauflösende, strahlungsemp findliche Empfängeranordnung eine Reflektorpyramide 27 mit vier Reflek tionsflächen 28.i auf. Jeder der Reflektionsflächen 28.i liegt ein Strah lungsempfänger 29.i gegenüber. Wie besonders gut aus Fig. 3b zu erken nen ist, empfängt jeder Strahlungsempfänger 29.i nur Licht, das an der ihm gegenüberliegenden Reflektionsfläche 28.i reflektiert wurde. Fig. 3b zeigt deutlich, wie der auf die Empfängerfläche fokussierte Meßlicht strahl 23' an der Reflektorpyramide 27 so in verschiedene Richtungen re flektiert wird, daß jeder der Strahlungsempfänger 29.i nur einen entspre chenden Anteil empfängt.As shown in FIGS . 3a and 3b, the spatially resolving, radiation-sensitive receiver arrangement has a reflector pyramid 27 with four reflection surfaces 28 .i. Each of the reflection surfaces 28 .i is opposite a radiation receiver 29 .i. As can be seen particularly well from FIG. 3b, each radiation receiver 29 .i only receives light that was reflected on the opposite reflection surface 28 .i. Fig. 3b clearly shows how the measuring light focused on the receiver surface 23 'on the reflector pyramid 27 is reflected in different directions so that each of the radiation receivers 29 .i receives only a corresponding portion.

Bei der anhand von Fig. 3a und 3b beschriebenen Empfängeranord nung 25 werden als Strahlungsempfänger 29.i thermoelektrische Wand ler insbesondere Thermosäulendetektoren eingesetzt, die als sogenannte beschleunigte Thermosäulendetektoren einerseits eine hohe Bandbreite aufweisen und andererseits auch einem kontinuierlich anstehenden Meß lichtstrahl fortlaufend erfassen können, ohne daß eine periodische Unter brechung des Meßlichtstrahls erforderlich ist.In the receiver arrangement 25 described with reference to FIGS . 3a and 3b, thermoelectric wall sensors in particular are used as radiation receivers 29 .i thermoelectric wall detectors which, on the one hand, have a high bandwidth as so-called accelerated thermopile detectors and on the other hand can continuously detect a continuously occurring measuring light beam without a periodic interruption of the measuring light beam is required.

Anstelle eines derartigen aus Strahlungsempfängern 29.i und Reflektor pyramide 27 aufgebauten Empfängeranordnung 25 kann auch wie in Fig. 5 dargestellt ein 4-Quadratenstrahlungsempfänger, beispielsweise eine 4-Quadrantenphotodiode 25' verwendet werden. Außerdem ist es möglich, ein Photodiodenarray, also eine 2-dimensionale Anordnung von Photodioden, oder auch eine Photodiodenzeile als Empfängeranordnung einzusetzen.Instead of such a receiver arrangement 25 constructed from radiation receivers 29 .i and reflector pyramid 27 , a 4-square radiation receiver, for example a 4-quadrant photodiode 25 ', can also be used, as shown in FIG. 5. In addition, it is possible to use a photodiode array, that is to say a 2-dimensional arrangement of photodiodes, or else a photodiode array as the receiver arrangement.

Die Art der verwendeten Strahlungsempfänger hängt im wesentlichen von der Wellenlänge des Arbeitslichtes und von der gewünschten Meßgenauig keit ab. Eine besonders hohe Meßgenauigkeit für die Fokuslage wird bei ei ner astigmatischen Meßcharakteristik mit einem 4-Quadrantenempfän ger erreicht, wie er anhand von Fig. 3a und 3b sowie 5 erläutert wurde. Die Verwendung von Thermosäulen ist insbesondere bei CO₂-Lasern zweckmäßig.The type of radiation receiver used essentially depends on the wavelength of the working light and on the desired measurement accuracy. A particularly high measurement accuracy for the focus position is achieved with a 4-quadrant receiver with astigmatic measurement characteristic, as was explained with reference to FIGS . 3a and 3b and 5. The use of thermopiles is particularly useful for CO ₂ lasers.

Zunächst wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Feststellen der Fokuslage erläutert. Liegt der Meßfokus 24 ebenso wie der Arbeitsfokus 21 auf der Oberfläche 22 eines zu bearbeitenden Werk stücks, so wird der Meßlichtstrahl 23' zurück zum Fokussierspiegel 20 re flektiert, und läuft dann als ebene Welle zurück zum Meßhologramm, das einen definierten astigmatischen Wellenfrontanteil auf den Meßlicht strahl 23' moduliert. Das auf die Empfangsfläche der Empfängeranord nung 25, also auf die Reflektorpyramide 27 fokussierte Punktbild 23" bleibt bei genauer Fokuslage symmetrisch, wie in Fig. 4b dargestellt. Die Abweichung, bzw. der Abstand Δz des Arbeits- und Meßfokus 21 bzw. 24 von der Werkstückoberfläche 22 ist dann null. Verschiebt sich die Oberflä che 22 des zu bearbeitenden Werkstücks gegenüber dem Arbeitsfokus 21 um Δz, führt dies zu einer Verschiebung des astigmatischen Punktbildes 23" am Ort der Reflektorpyramide 27, da die an der Oberfläche 22 des Werkstücks reflektierte Meßlichtwelle einen zusätzlichen sphärischen Anteil enthält. Die Reflektorpyramide 27 liegt dann also näher an einer der beiden astigmatischen Brennlinien, so daß eine elliptische Form des vom Meßlichtstrahl 23' auf der Reflektorpyramide 27 erzeugten Punktbildes 23" vorliegt, wie in Fig. 4a oder 4c angedeutet ist. Die Verhältnisse der Intensitäten, also die auf den einzelnen Reflektionsflächen 28.i der Reflek torpyramide 27 zuliegenkommenden Anteile des Punktbildes 23" ergeben ein Meßsignal, daß der Verschiebung Δz der Fokuslage gegenüber der Oberfläche 22 entspricht. Das Meßsignal S ergibt sich dabei aus den den jeweiligen Intensitäten entsprechenden Ausgangssignalen I₁, I₂, I₃, I₄ der Strahlungsempfänger 29.i, also der einzelnen Strahlungsempfänger 29.1, 29.2, 29.3, 29.4 durch die folgende Gleichung:
First, the operation of the device according to the invention for determining the focus position is explained. If the measuring focus 24 as well as the working focus 21 on the surface 22 of a workpiece to be machined, the measuring light beam 23 'is reflected back to the focusing mirror 20 , and then runs as a plane wave back to the measuring hologram, which has a defined astigmatic wavefront component on the measuring light beam 23 'modulated. The point image 23 "focused on the receiving surface of the receiver arrangement 25 , that is to say on the reflector pyramid 27 , remains symmetrical when the focus is accurate, as shown in FIG. 4b. The deviation or the distance Δz of the working and measuring focus 21 or 24 from the The workpiece surface 22 is then zero. If the surface 22 of the workpiece to be machined moves relative to the working focus 21 by Δz, this leads to a shift in the astigmatic point image 23 "at the location of the reflector pyramid 27 , since the measuring light wave reflected on the surface 22 of the workpiece unites contains additional spherical portion. The reflector pyramid 27 is then closer to one of the two astigmatic focal lines, so that there is an elliptical shape of the point image 23 ″ generated by the measuring light beam 23 'on the reflector pyramid 27 , as indicated in FIG. 4a or 4c. The ratios of the intensities, ie the coming on the individual reflection surfaces 28 .i of the reflector torpyramid 27 coming portions of the point image 23 "result in a measurement signal that the shift .DELTA.z corresponds to the focus position relative to the surface 22 . The measurement signal S results from the output signals I ₁ , I ₂ , I ₃ , I _{4 of} the radiation receivers 29 .i, that is to say of the individual radiation receivers 29.1 , 29.2 , 29.3 , 29.4, corresponding to the respective intensities, using the following equation:

Dieses Meßsignal S kann bereits in der Empfängeranordung gebildet wer den, um dann an die Auswerteschaltung 26 angelegt zu werden. Es ist je doch auch möglich, die Ausgangssignale 11 bis 14 der Strahlungsempfän ger 29.1 bis 29.4 an die Auswerteschaltung 26 anzulegen und die Berech nung des Meßsignals S in der Auswerteschaltung 25 durchzuführen. Aus dem Meßsignale S ergibt sich der Abstand Δz durch eine entsprechende Kalibrierung. Insbesondere ist die Verschiebung Δz proportional zum Meßsignal S.This measurement signal S can already be formed in the receiver arrangement, in order to then be applied to the evaluation circuit 26 . However, it is also possible to apply the output signals 11 to 14 of the radiation receivers 29.1 to 29.4 to the evaluation circuit 26 and to carry out the calculation of the measurement signal S in the evaluation circuit 25 . The distance Δz results from the measurement signals S by means of a corresponding calibration. In particular, the shift Δz is proportional to the measurement signal S.

Aus dem Meßsignal S wird dann ein Regelsignal A gebildet, das einer Nach führeinrichtung zugeführt wird, die dafür sorgt, daß die tatsächliche Fo kuslage, also die Ist-Fokuslage mit der Soll-Fokuslage auf der Oberfläche 22 des Werkstücks in Übereinstimmung gebracht wird.A control signal A is then formed from the measurement signal S, which is fed to a tracking device which ensures that the actual focus position, that is the actual focus position, is brought into agreement with the target focus position on the surface 22 of the workpiece.

Obwohl es grundsätzlich denkbar ist, den gesamten Bearbeitungskopf zu verschieben, um die Fokuslage nachzustellen, wird erfindungsgemäß der adaptive Spiegel 19 eingesetzt, dessen Reflektionsfläche so verformt wer den kann, daß sie der auftreffenden Lichtwelle einen zusätzlichen konka ven oder konvexen sphärischen Anteil aufprägt. Auf diese Weise läßt sich die Fokuslage nahezu verzögerungsfrei nachführen. Hier lassen sich Än derungen der Fokuslage so schnell erreichen, daß Abweichungen der Ist- Fokuslage von der Soll-Fokuslage im Milli-Sekundenbereich ausgeglichen werden können. Although it is fundamentally conceivable to move the entire processing head in order to adjust the focus position, the adaptive mirror 19 is used according to the invention, the reflecting surface of which can be deformed in such a way that it imparts an additional concave or convex spherical component to the incident light wave. In this way, the focus position can be adjusted almost without delay. Changes in the focus position can be achieved here so quickly that deviations of the actual focus position from the target focus position can be compensated for in the millisecond range.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, mit Hilfe einer in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Nachstelleinrichtung 30 den Fokussierspiegel 20 gegenüber dem Bearbeitungskopf zu verschieben, um so die Fokuslage zu regeln, oh ne daß es erforderlich ist, den gesamten Laserbearbeitungskopf zu ver schieben.Another possibility is to move the focusing mirror 20 with respect to the processing head with the aid of an adjusting device 30 indicated by dashed lines in FIG. 1, so as to regulate the focus position, without the need to move the entire laser processing head.

Claims

1. Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Arbeitsfokus relativ zu einer Oberfläche, insbesondere relativ zur Oberfläche (22) eines zu bear beitenden Werkstücks in einer Laserbearbeitungsanlage, mit

- einem ersten, in einem Arbeitsstrahlengang angeordneten Beu gungselement (18) zum Auskoppeln zumindest eines Meßlichtstrahls (23') aus einem Arbeitslichtstrahl (11), der durch die optischen Abbildungsele mente (20, 19) des Arbeitsstrahlengangs so in dieselbe Ebene wie der Ar beitslichtstrahl (11) fokussiert wird, daß der Fokus (24) des Meßlicht strahls (23) neben dem Fokus (21) des Arbeitslichtstrahls (11) liegt, und der an der Oberfläche (22) in den Arbeitsstrahlengang zurück reflektiert wird, und
- einem zweiten Beugungselement (18'), das den reflektierten Meß lichtstrahl (23') in einen Empfangsbereich einer ortsauflösenden, strah lungsempfindlichen Empfängeranordnung (25, 25') fokussiert, um die In tensitätsverteilung des Meßlichtstrahl (23') im Empfangsbereich zu erfas sen.

1. Device for determining the position of a work focus relative to a surface, in particular relative to the surface ( 22 ) of a workpiece to be machined in a laser processing system

- A first, arranged in a working beam path Beu supply element ( 18 ) for decoupling at least one measuring light beam ( 23 ') from a working light beam ( 11 ), the elements by the optical illustrations ( 20 , 19 ) of the working beam path in the same plane as the working beam ( 11 ) is focused that the focus ( 24 ) of the measuring light beam ( 23 ) is next to the focus ( 21 ) of the working light beam ( 11 ), and which is reflected on the surface ( 22 ) back into the working beam path, and
- A second diffraction element ( 18 '), the reflected measuring light beam ( 23 ') in a receiving area of a spatially resolving, radiation-sensitive receiver arrangement ( 25 , 25 ') focused in order to detect the intensity distribution of the measuring light beam ( 23 ') in the receiving area .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Beugungselement ein Hologramm, vorzugsweise ein Phasenholo gramm (18') ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the second diffraction element is a hologram, preferably a phase hologram ( 18 ').

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hologramm (18') sowohl als Auskoppelgitter als auch als Abbildungsele ment wirkt, um den reflektierten Meßlichtstrahl (23') sowohl aus dem Ar beitsstrahlengang herauszubeugen, als auch entsprechend den für die Meßcharakteristik nötigen optischen Abbildungseigenschaften auf die strahlungsempfindliche Empfängeranordnung (25) zu fokussieren.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the hologram ( 18 ') acts both as a decoupling grating and as a picture element to deflect the reflected measuring light beam ( 23 ') both out of the working beam path and also in accordance with those required for the measuring characteristic to focus optical imaging properties on the radiation-sensitive receiver arrangement ( 25 ).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierende Meßlichtstrahl (23') astigmatisch auf die strahlungsemp findliche Empfängeranordnung (25) fokussiert wird.4. The device according to claim 3, characterized in that the reflecting measuring light beam ( 23 ') is astigmatically focused on the radiation-sensitive receiver arrangement ( 25 ).

5. Vorrichtung nach einen der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite Beugungsele ment (18, 18') auf einem Spiegel (14) im Arbeitsstrahlengang angeordnet sind.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that both the first and the second Beugungsele element ( 18 , 18 ') on a mirror ( 14 ) are arranged in the working beam path.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Beugungselemente (18, 18') auf demselben Spiegel (14) im Arbeitsstrah lengang angeordnet sind.6. The device according to claim 5, characterized in that both diffraction elements ( 18 , 18 ') on the same mirror ( 14 ) are arranged lengang in the working beam.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beugungselement (18) in einem neben der optischen Achse (O. A.) liegenden Bereich des Arbeitsstrahlengangs vorgesehen ist, während das zweite Beugungselement (18') dem ersten Beugungselement (18) bezüglich der optischen Achse (O. A.) des Arbeitsstrahlengangs diametral gegen überliegt.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the first diffraction element ( 18 ) in an adjacent to the optical axis (OA) lying area of the working beam path is provided, while the second diffraction element ( 18 ') with respect to the first diffraction element ( 18 ) the optical axis (OA) of the working beam path is diametrically opposed.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Beugungselement sich überlagernd angeordnet sind und sich im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Ar beitsstrahlengangs erstrecken.8. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the first and second diffraction elements are superimposed are and essentially over the entire cross section of the Ar extend the beam path.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß als Meßlichtstrahl (23) oder -strahlen, der in die +1. und/oder -1. Beugungsordnung gebeugte Anteil des Arbeitslicht strahls (11) verwendet wird.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that as a measuring light beam ( 23 ) or rays, which in the +1. and / or -1. Diffraction order diffracted portion of the work light beam ( 11 ) is used.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß eine 2-dimensional ortsauflösende, strahlungsemp findliche Empfängeranordnung (25, 25') vorgesehen ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a 2-dimensional spatially resolving, radiation-sensitive receiver arrangement ( 25 , 25 ') is provided.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfängeranordnung ein Quadrantenempfänger mit vier Empfangsberei chen vorgesehen ist, die im wesentlich einen quadratförmigen Empfangs bereich festlegen. 11. The device according to claim 10, characterized in that as Receiver arrangement a quadrant receiver with four reception ranges Chen is provided, which is essentially a square-shaped reception set area.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß als Arbeitslicht IR-Strahlung, insbesondere IR-Laser strahlung, vorzugsweise die langwellige IR-Laserstrahlung eines CO₂-La sers verwendet wird, und daß die strahlungsempfindliche Empfängeran ordnung eine thermoelektrische Wandleranordnung, vorzugsweise eine Thermosäulenanordnung ist.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that IR radiation, in particular IR laser radiation, preferably the long-wave IR laser radiation of a CO ₂ laser is used as working light, and that the radiation-sensitive receiver arrangement is a thermoelectric transducer arrangement , preferably a thermopile arrangement.

13. Vorrichtung zum Regeln der Lage eines Arbeitsfokus relativ zu einer Oberfläche insbesondere relativ zur Oberfläche (22) eines zu bearbeiten den Werkstücks in einer Laserbearbeitungsanlage, mit

- einer Vorrichtung zum Feststellen der Lage eines Arbeitsfokus (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
- einer Auswerteschaltung (26), der Ausgangssignale der strahlungs empfindlichen Empfängeranordnung (25) zugeführt werden, um daraus ein der Abweichung der Ist-Fokuslage von der Soll-Fokuslage entspre chenden Signal zu ermitteln, und
- einer Nachführeinrichtung (19; 30), der das der Abweichung der Ist fokuslage von der Sollfokuslage entsprechende Signal zugeführt wird, um in Abhängigkeit davon die Fokuslage nachzustellen.

13. Device for regulating the position of a work focus relative to a surface, in particular relative to the surface ( 22 ) of a workpiece to be machined in a laser machining system

a device for determining the position of a working focus ( 21 ) according to one of the preceding claims,
- An evaluation circuit ( 26 ), the output signals of the radiation-sensitive receiver arrangement ( 25 ) are fed in order to determine a signal corresponding to the deviation of the actual focus position from the target focus position, and
- A tracking device ( 19 ; 30 ) to which the signal corresponding to the deviation of the actual focus position from the target focus position is supplied in order to readjust the focus position as a function thereof.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführeinrichtung einen im Arbeitsstrahlengang angeordneten adapti ven Spiegel (19) umfaßt, dessen Abbildungseigenschaften in Abhängigkeit von dem der Abweichung der Ist-Fokuslage von der Soll-Fokuslage ent sprechenden Signal einstellbar sind, um dem von der Fokussieroptik (20) kommenden oder zu ihr laufenden Lichtstrahl entsprechend der ge wünschten Änderung der Fokuslage eine zusätzliche Divergenz oder Kon vergenz aufzuprägen.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the tracking device comprises an adaptive ven mirror ( 19 ) arranged in the working beam path, the imaging properties of which can be adjusted in accordance with the signal corresponding to the deviation of the actual focus position from the desired focus position to impress an additional divergence or convergence from the focusing optics ( 20 ) coming or running towards it according to the desired change in the focus position.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführeinrichtung eine Stellvorrichtung (30) für die Fokussieroptlk (20) umfaßt, die die Lage der Fokussieroptik (20) in Abhängigkeit von dem der Abweichung der Ist-Fokuslage von der Soll-Fokuslage entsprechenden Signal einstellt.15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the tracking device comprises an adjusting device ( 30 ) for the focusing optics ( 20 ) which correspond to the position of the focusing optics ( 20 ) depending on the deviation of the actual focus position from the target focus position Signal.